这股小鬼子还妄图抵抗，但是在装甲突击队几十辆战车的冲击下，小鬼子的阻击很快便被彻底击溃了，又有一大批小鬼子加入到了溃兵的行列，一起跟着玩命儿逃窜，场面已经彻底失控。

于此同时，城内的独立支队第二大队突然一举杀出了城外，主动对小鬼子发动了全面进攻，苏豫皖苏支队也分别从两个方向加强了攻势，一时间沛县城外，喊杀震天，硝烟弥漫，战斗进行的异常激烈。

事情发展到了这个局面，水野信绝望之下，一边命令部队就地组织抵抗，一边连忙给华北派遣军司令官多田骏发去了求援电报，却说多田骏这老鬼子得知消息之后，也是深感震惊，这老鬼子实在没有想到，这一次不但没能攻下沛县，反而落得如此境地。

但是即便多田骏再怎么不愿意相信，事实终究是事实，容不得多田骏不信，无奈之下，多田骏连忙命令正在往徐州方向聚集的日军，加快速度尽快支援沛县。

然而八路军是绝对不会给小鬼子这个机会的，秦锋再次下令所有参战部队，继续加强攻势，务必在最短的时间内，全歼被围的日军。

战斗从下午二点左右开始，一直持续到了傍晚时分，在八路军的四面围攻之下，水野信使尽了浑身解数，最终没能抵挡住八路军的进攻，本来已经损失惨重的日军，被八路军一举全歼，只有少数日军残兵趁乱逃离了战场。

至于水野信，上村大佐，金田中佐等日军高官，在八路军打到司令部之前，全都刨腹自尽了。

却说日军方面，多田骏接到了水野信的诀别电报之后，深感震惊。而此时多田骏紧急调派的援军，距离沛县还有几十里之遥，而且这些鬼子援军，刚刚赶到，对当地情况不了解，如果继续赶赴沛县，也未必能讨到好处，深思熟虑之后，多田骏只能命令这股小鬼子退守徐州城内，坚守徐州城，准备以后再想办法与八路军方面进行决战。

至此八路军取得了湖西战役的全面胜利，不但先后歼灭了日军一万多人，而且缴获了大量的武器装备，一举收复了湖西地区。

战斗结束之后，秦锋命令部队抓紧打扫战场，本来秦锋以为鬼子的援军马上就要到了，还在犹豫着要不要再打一仗，为此秦锋亲自找到了彭司令员商议此事，但是刚商议到了一半，突然接到消息，徐州方向的援军已经停止前进，掉头返回徐州了。

秦锋得到消息之后自然是喜出望外，因为经过次大战之后，八路军的损失也不小，而且部队连番作战，战士们疲惫不堪，已经是一支疲惫之师，强弩之末，在这个时候实在不宜再战，而日军害怕撤退，自然是最好不过的事情了。

湖西战役结束之后，北路的日军突然反攻济宁，虽然当时八路军已经和第一战区协调，准备协防济宁，但是由于第一战区的部队未能及时赶到济宁，留守济宁的八路军兵力严重不足，最终导致济宁再次落入了鬼子的手中。

小鬼子重新占领了济宁，多少挽回了一些颜面，不过多田骏也没有继续对湖西地区发动反攻。湖西战役结束之后，鲁豫皖苏抗日根据地，暂时平静了下来。经此一战，独立支队和鲁豫皖苏支队的损失也不小，只能暂时休整。

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